(57)【要約】【課題】流動層からリターン管を通しての流動ガスの吹き抜けを防ぎつつ、固着現象によるリターン管の閉塞を、発生する以前に未然に予防する。【解決手段】流動媒体Ｍが充填されて流動させられる流動層１と、流動層１から排出される流動媒体Ｍを含んだ排ガスＧの導管２と、導管２に接続されたホットサイクロン３と、ホットサイクロン３で集塵された流動媒体Ｍを含む固形分Ｓを流動層１に返送するリターン管４とを備え、このリターン管４に、リターン管４内における流動媒体Ｍの充填高さを制御するリターン管内充填高さ制御手段２２を備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体が充填されて流動させられる流動層と、該流動層から排出される上記流動媒体を含んだ排ガスの導管と、該導管に接続されたホットサイクロンと、該ホットサイクロンで集塵された上記流動媒体を含む固形分を上記流動層に返送するリターン管とを備えた循環流動層炉であって、このリターン管には、該リターン管内における上記流動媒体の充填高さを制御するリターン管内充填高さ制御手段が備えられていることを特徴とする循環流動層炉。
【請求項２】
上記リターン管内充填高さ制御手段は、上記リターン管内に充填された上記流動媒体の高さを検出するリターン管内充填高さ検出手段と、このリターン管内充填高さ検出手段による検出結果に基づいて上記リターン管内にリターン管流動ガスを供給するリターン管流動ガス供給手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の循環流動層炉。
【請求項３】
上記リターン管内充填高さ検出手段は、上記リターン管内に流量計を介して一定量の検出気体を供給する検出気体供給手段と、この検出気体の圧力を測定する圧力測定手段とを備えて、これら検出気体供給手段における検出気体の供給量と圧力検出手段により測定された検出気体の圧力とに基づき、上記リターン管内に充填された上記流動媒体の高さを検出することを特徴とする請求項２に記載の循環流動層炉。
【請求項４】
上記リターン管内充填高さ検出手段は、上記リターン管の延びる方向に沿って少なくとも２カ所で上記リターン管内に上記検出気体を供給する複数の上記検出気体供給手段を備えるとともに、上記圧力検出手段は、これらの検出気体供給手段における上記検出気体の差圧を測定する差圧計であることを特徴とする請求項３に記載の循環流動層炉。
【請求項５】
上記リターン管流動ガス供給手段は、上記リターン管内充填高さ検出手段による検出結果に基づいて制御される制御弁と、この制御弁を介して上記リターン管内に上記リターン管流動ガスを供給する１または複数のノズルを備えていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の循環流動層炉。
【請求項６】
上記リターン管流動ガス供給手段は、上記リターン管内充填高さ検出手段による検出結果に基づいて制御される制御弁と、この制御弁を介して上記リターン管内に上記リターン管流動ガスを供給する多孔板とを備えていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の循環流動層炉。
【請求項７】
上記多孔板がセラミック製であることを特徴とする請求項６に記載の循環流動層炉。
【請求項８】
流動媒体が充填されて流動させられる流動層と、該流動層から排出される上記流動媒体を含んだ排ガスの導管と、該導管に接続されたホットサイクロンと、該ホットサイクロンで集塵された上記流動媒体を含む固形分を上記流動層に返送するリターン管とを備えた循環流動層炉の運転方法であって、このリターン管内における上記流動媒体の充填高さを、リターン管内充填高さ制御手段によって制御することを特徴とする循環流動層炉の運転方法。
【請求項９】
上記リターン管内充填高さ制御手段はリターン管内充填高さ検出手段とリターン管流動ガス供給手段とを備え、上記リターン管内に充填された上記流動媒体の高さをリターン管内充填高さ検出手段によって検出して、その検出結果に基づき上記リターン管流動ガス供給手段によって上記リターン管内にリターン管流動ガスを供給することを特徴とする請求項８に記載の循環流動層炉の運転方法。
【請求項１０】
上記リターン管内における上記流動媒体の充填高さを、上記流動層内における流動媒体の充填高さと略等しい高さに制御することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の循環流動層炉の運転方法。
【請求項１１】
上記リターン管内における空塔速度が該リターン管内の粒子の最小流動化速度の０．５〜５倍の範囲となるように上記リターン管流動ガスを供給することを特徴とする請求項１０に記載の循環流動層炉の運転方法。
【請求項１２】
上記流動層と上記リターン管との接続部近傍における上記流動層内の空間率を０．５〜０．８として該流動層内の流動媒体を流動させることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の循環流動層炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥や都市ゴミ等の廃棄物の焼却処理など、有機物を含んだ処理物を燃焼したり、熱分解したりするのに用いられる循環流動層炉およびその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような循環流動層炉においては、流動層から導管、ホットサイクロン、およびリターン管を介しての流動媒体の確実な循環が、その安定運転にとって重要とされる。ここで、特許文献１には、このような流動媒体のスムースな循環を実現するために、リターン管（ダウンカマー）のサイズ等の適切な選定を行うことにより、ダウンカマーサイズが小さすぎる場合に起こる流動媒体（熱媒体）の閉塞、あるいは大きすぎる場合に起こるガスの逆流を防止することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１３５３９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような循環流動層炉で処理される処理物においては、場合によっては該処理物中にＮａ、Ｋ、Ｐなどの低融点化合物を形成する物質が含まれている場合があり、このような物質が含有されていると流動媒体表面に上記低融点化合物がコーティングされて、この流動媒体表面が一部溶融状態で該流動媒体が循環しながら流動層炉が運転されることがある。しかるに、このような運転状況となった場合、流動層内においては流動による撹拌効果により流動媒体同士が固着することは少ないが、この流動媒体が返送されるリターン管内においては、流動媒体の流れが撹拌効果の弱い移動層（充填層）となっているので、この移動層としての滞留時間および移動層における粉体圧のために固着現象（シンタリング現象）を呈し、このリターン管内での流動媒体の移動を阻害して閉塞を招き、流動層への流動媒体の確実な返送による円滑な流動媒体の循環が損なわれる結果となる。ところが、その一方で、リターン管内にこのような充填層が形成されていないと、流動層内に供給された流動ガスがリターン管内を逆流してホットサイクロンにまで吹き抜けてしまい、このホットサイクロンにおける集塵効率を著しく低下させてしまうという問題を生じる。
【０００５】
また、本発明の発明者らは、先に特願２００２−１２８９８３において、リターン管内で上述のような低融点化合物による固着現象が生じた際の閉塞抑止手段を該リターン管に備えた循環流動層炉を提案している。しかしながら、この循環流動層炉においては、現にリターン管内で流動媒体等の滞留による閉塞が生じたことを閉塞検知手段によって検知して、この閉塞を引き起こした固着・滞留する流動媒体等をエアブラスター等の上記閉塞抑止手段により除去するものであり、閉塞自体が生じないようにこれを予防するものではない。また、このような閉塞検知手段では、リターン管内に充填層が形成されているか否かを検知することはできない。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、流動層からリターン管を通しての流動ガスの吹き抜けを防ぎつつ、上述のような固着現象によるリターン管の閉塞を、発生する以前に未然に予防することが可能な循環流動層炉およびその運転方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の循環流動層炉は、流動媒体が充填されて流動させられる流動層と、該流動層から排出される上記流動媒体を含んだ排ガスの導管と、該導管に接続されたホットサイクロンと、該ホットサイクロンで集塵された上記流動媒体を含む固形分を上記流動層に返送するリターン管とを備えた循環流動層炉であって、このリターン管に、該リターン管内における上記流動媒体の充填高さを制御するリターン管内充填高さ制御手段を備えたことを特徴とする。また、本発明の循環流動層炉の運転方法は、このような流動媒体が充填されて流動させられる流動層と、該流動層から排出される上記流動媒体を含んだ排ガスの導管と、該導管に接続されたホットサイクロンと、該ホットサイクロンで集塵された上記流動媒体を含む固形分を上記流動層に返送するリターン管とを備えた循環流動層炉の運転方法であって、このリターン管内における上記流動媒体の充填高さを、リターン管内充填高さ制御手段によって制御することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明の循環流動層炉およびその運転方法においては、このようにリターン管内充填高さ制御手段によってリターン管内における流動媒体の充填高さ、つまり上記充填層（移動層）の高さを制御しつつ流動媒体を循環させることにより、確実にリターン管内に充填層を形成して、流動層内の流動ガスがリターン管を通してホットサイクロンに吹き抜けるのを防ぐことができる。そして、その一方で、こうしてリターン管内充填高さ制御手段によって充填層高さを制御して流動媒体の充填層における滞留時間を短く抑えることにより、上記低融点化合物によって流動媒体表面がコーティングされた状態となっても、リターン管内で流動媒体に固着現象が生じるのを防いで、閉塞が発生すること自体を未然に予防することが可能となる。
【０００９】
さらに、本発明の循環流動層炉において、上記リターン管内充填高さ制御手段は、上記リターン管内に充填された上記流動媒体の高さを検出するリターン管内充填高さ検出手段と、このリターン管内充填高さ検出手段による検出結果に基づいて上記リターン管内にリターン管流動ガスを供給するリターン管流動ガス供給手段とを備えることを特徴とする。また、本発明の運転方法においては、こうしてリターン管内充填高さ制御手段がリターン管内充填高さ検出手段とリターン管流動ガス供給手段とを備えて、リターン管内に充填された流動媒体の高さを上記リターン管内充填高さ検出手段によって検出し、その検出結果に基づき上記リターン管流動ガス供給手段によってリターン管内にリターン管流動ガスを供給することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、このようにリターン管内充填高さ検出手段によってリターン管内に充填された流動媒体の高さ、つまり充填層高さを検出し、こうして検出された充填層高さに応じてリターン管流動ガス供給手段によってリターン管内に流動ガスを供給することにより、リターン管内の流動媒体は弱い流動状態となって流体（液体）のような挙動を示し、リターン管と流動層との接続部を介して連通するこの流動層内の流動媒体の圧力と略等しい圧力状態となる。従って、特にこのように制御されるリターン管内の流動媒体の充填高さは、流動層内における流動媒体の充填高さと略等しい高さとなるので、この流動層内の流動媒体量を管理して一定とすることにより、リターン管内の流動媒体の充填高さも一定として制御することが可能となる。
【００１１】
ここで、上記循環流動層炉において、上記リターン管内充填高さ検出手段としては、上記リターン管内に流量計を介して一定量の検出気体を供給する検出気体供給手段と、この検出気体の圧力を測定する圧力測定手段とを備えたものを用いることにより、これら検出気体供給手段における検出気体の供給量と圧力検出手段により測定された検出気体の圧力とに基づき、上記リターン管内に充填された上記流動媒体の高さを検出することができる。特に、このようなリターン管内充填高さ検出手段を採用したときには、上記リターン管の延びる方向に沿って少なくとも２カ所で上記リターン管内に上記検出気体を供給する複数の上記検出気体供給手段を備えるとともに、上記圧力検出手段としては、これらの検出気体供給手段における上記検出気体の差圧を測定する差圧計を用いることにより、これら複数の検出気体供給手段によってリターン管内に検出気体が供給される箇所の間に流動媒体の充填高さがあるときには大きな差圧が測定されることとなるので、このリターン管内における流動媒体の充填高さを正確に測定することが可能となる。
【００１２】
また、上記リターン管流動ガス供給手段としては、上記リターン管内充填高さ検出手段による検出結果に基づいて制御される制御弁と、この制御弁を介して上記リターン管内に上記リターン管流動ガスを供給する１または複数のノズルを備えたものを採用することも可能であるが、同様に上記リターン管内充填高さ検出手段による検出結果に基づいて制御される制御弁と、この制御弁を介して上記リターン管内に上記リターン管流動ガスを供給する多孔板とを備えたものを採用することにより、少量の流動ガスで安定した流動を可能とすることができる。特に、こうして多孔板を採用する場合には、この多孔板は耐熱性の高いセラミック製であることが望ましい。
【００１３】
一方、かかる循環流動層炉の運転方法においては、上記リターン管内における空塔速度が該リターン管内の粒子の最小流動化速度の０．５〜５倍の範囲となるように上記リターン管流動ガスを供給するのが望ましく、空塔速度がこの範囲を下回るとリターン管内の流動媒体を確実に流動させることができなくなるおそれがあり、逆に空塔速度がこの範囲を上回るとホットサイクロンへの吹き抜けが生じるおそれがある。また、上記流動層内の流動媒体は、この流動層と上記リターン管との接続部近傍における上記流動層内の空間率、すなわちこの接続部における単位断面において流動媒体が占める部分を除いた空間部分の占める割合が、０．５〜０．８の範囲となるように流動させるのが望ましく、上記空間率がこの範囲を下回ると、上記接続部近傍において流動媒体が密となりすぎて上述のように流体のような挙動をとる弱い流動状態となり難くなるおそれがあり、逆に空間率が上記範囲を上回ると、リターン管内に流動媒体が充填されない状態となって流動ガスのホットサイクロンへの吹き抜けが生じるおそれがある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明の循環流動層炉を、下水汚泥やゴミ等の廃棄物よりなる処理物の焼却処理に用いられる循環流動層炉に適用した場合の一実施形態を示すものである。本実施形態における循環流動層炉は、硅砂等の流動媒体Ｍが充填されて、内部に供給された上述のような処理物Ｄをこの流動媒体Ｍとともに流動させる流動層１と、この流動層１から排出される上記流動媒体Ｍを含んだ排ガスＧの導管２と、この導管２に接続され、流動層１から排出された上記排ガスＧを固気分離して固形分Ｓを捕集するホットサイクロン３と、このホットサイクロン３で集塵された流動媒体Ｍを含む上記固形分Ｓを流動層１に返送するリターン管４とから概略構成されている。なお、これら流動層１、導管２、ホットサイクロン３、およびリターン管４は、その外壁部が金属製とされるとともに内壁部には耐火材が裏張りされている。
【００１５】
流動層１は、その内径に対して中心軸線Ｏ方向の長さが十分大きくされた縦型の概略有底円筒状をなし、その底面は内周側に向かうに従い下方に凹む凹円錐面状とされて、この底面の中央部にはキャスターストッパー５を備えた流動媒体Ｍの抜き出し口６が設けられている。また、この底面の直上の流動層１内底部には、流動層１における流動ガス（空気）Ａの供給手段として複数本（本実施形態では５本）の分散管７…が、図２に示すように断面円形をなす流動層１の内周部の略全域に亙って互いに平行かつ等間隔に、上記軸線Ｏに直交する１の水平面上に並列配置されるように、流動層１の外部から挿入されて該流動層１内に突出させられており、これらの分散管７…の流動層１外の端部は流動ガスＡの供給管８に接続されるとともに、流動層１内に突出させられた部分には斜め下向きに多数の吹き出し口（図示略）が設けられている。
【００１６】
さらに、流動層１の下部においてこれら分散管７…の上方には、上記リターン管４の流動層１への接続部９が開口させられるとともに、この接続部９と上記分散管７…との間には、これら分散管７…から供給されるべき流動ガスＡの一部を分岐して流動層１内に常時吹き込む吹き込みノズル１０が設けられている。この吹き込みノズル１０は、本実施形態ではやはり複数本（本実施形態では３本）の吹き込みノズル１０…が、軸線Ｏ方向には上記分散管７と接続部９との略中央部、周方向には上記接続部９の略直下に位置するようにして、それぞれ上記軸線Ｏからの径方向に水平に延びるように、かつ互いに周方向に等間隔となるように挿入されたものであって、ただしその先端は接続部９の略直下の流動層１内壁部に開口するようにされている。
【００１７】
さらに、これらの吹き込みノズル１０…と軸線Ｏ方向に略同じ高さには、やはり複数本（本実施形態では４本）のガスガン１１…が、吹き込みノズル１０…と干渉しないように該吹き込みノズル１０…を避けて、周方向に等間隔に軸線Ｏからの径方向に延びるように、また流動層１の内周側（軸線Ｏ側）に向けて極僅かに斜め下向きに傾斜させられて、その先端が流動層１内壁部に開口するように挿入されている。また、流動層１下部の上記接続部９と略同じ高さには、燃焼空気Ｂの供給手段としてやはり複数本（本実施形態では６本）の供給管１２…が、図３に示すように上記接続部９を避けて周方向に略等間隔な放射状をなすように、かつ内周側に向けて上記ガスガン１１よりも急傾斜でやや斜め下向きに傾斜させられて挿入されており、その先端は流動層１内壁部に開口させられている。
【００１８】
さらにまた、軸線Ｏ方向においてこれら供給管１２…および上記接続部９よりも上方には、助燃バーナー１３が内周側に向けて供給管１２よりもさらに急傾斜で斜め下向きに設けられているとともに、この助燃バーナー１３の僅かに上方には流動媒体Ｍの供給管１４がやはり斜め下向きに、またこの供給管１４と略同じ高さには上記処理物Ｄの供給管１５が水平にそれぞれ設けられている。なお、その他の図１に符号１６で示すのは流動層１やリターン管４の内部を目視するための目鏡、符号１７で示すのは保守点検用のマンホールである。
【００１９】
一方、上記ホットサイクロン３は、下方に向かうに従いテーパ部を介して段階的に縮径する縦型の多段円筒状とされて、この多段円筒の中心軸線Ｌを上記中心軸線Ｏと平行にして流動層１の上部側方に配設されており、上記導管２はこのホットサイクロン３の上部側面から流動層１側に向けて横向きに延びた後に下向きにＬ字状に折れ曲がるようにして該ホットサイクロン３に一体に設けられていて、流動層１の上端開口部はこの導管２の下向きに折れ曲がった端部に伸縮継手１９を介して接続されている。また、ホットサイクロン３内の上端部から下方に向けては上記中心軸線Ｌと同軸に円筒状の排気管２０が設けられる一方、このホットサイクロン３の下端にはやはり伸縮継手２１を介して、上記リターン管４が接続されている。このリターン管４は、流動層１と一体に設けられたものであって、その中心線Ｎがホットサイクロン３の上記中心軸線Ｌと同軸となるように該ホットサイクロン３の下端から下方に延びた後、この中心線Ｎが上記中心軸線Ｏ，Ｌを含む平面に沿うようにして流動層１側に向けて斜め下向きに折れ曲がって流動層１の上記接続部９に至るようにされている。
【００２０】
そして、このリターン管４には、該リターン管４内における上記流動媒体Ｍの充填高さを制御するリターン管内充填高さ制御手段２２が備えられており、特に本実施形態ではこのリターン管内充填高さ制御手段２２は、リターン管４内に充填された流動媒体Ｍの高さを検出するリターン管内充填高さ検出手段２３と、このリターン管内充填高さ検出手段２３による検出結果に基づいてリターン管４内にリターン管流動ガスＥを供給するリターン管流動ガス供給手段２４とにより構成されている。ここで、さらに本実施形態では、上記リターン管内充填高さ検出手段２３は、リターン管４内に流量計２５を介して一定量の検出気体Ｆを供給する検出気体供給手段２６と、この検出気体Ｆの圧力を測定する圧力測定手段２７とを備えて、これら検出気体供給手段２６における検出気体Ｆの供給量と圧力検出手段２７により測定された検出気体Ｆの圧力とに基づき、上記リターン管４内に充填された流動媒体Ｍの充填層高さを検出するものとされている。
【００２１】
また、このうち特に検出気体供給手段２６は、リターン管４の延びる方向に沿って少なくとも２カ所でリターン管４内に上記検出気体Ｆを供給する複数（本実施形態では２つ）の検出気体供給手段２６ａ，２６ｂによって構成されるとともに、上記圧力検出手段２７は、これらの検出気体供給手段２６ａ，２６ｂにおける上記検出気体Ｆの差圧を測定する差圧計とされている。すなわち、これらの検出気体供給手段２６ａ，２６ｂは、そのうちの一方（図１では検出気体供給手段２６ａ）が流動層１内の流動媒体Ｍの充填高さよりも高い位置に、他方（図１では検出気体供給手段２６ｂ）が流動層１内の流動媒体Ｍの充填高さよりも低い位置に、流動層１に向けてリターン管４が延びる斜め下向きの上記中心線Ｎ方向にずらされるようにして、互いに同径とされたそれぞれの供給管２８ａ，２８ｂを水平にリターン管４に挿通させるように設けられており、これらの供給管２８ａ，２８ｂには図示されない供給源からそれぞれ流量計２５（２５ａ，２５ｂ）を介して一定量の検出気体Ｆが供給されて常にリターン管４内に噴出されるようになされている。なお、この検出気体Ｆとしては、流動層１に供給される流動ガスＡや圧縮空気でもよいが、酸素含有量の少ない燃焼排ガスや水蒸気、窒素等が好適である。
【００２２】
さらに、圧力検出手段２７としての上記差圧計は、これらの検出気体供給手段２６ａ，２６ｂの供給管２８ａ，２８ｂと流量計２５ａ，２５ｂとの間に接続されて、該供給管２８ａ，２８ｂからリターン管４内にそれぞれ供給される検出気体Ｆの供給圧の差圧を逐次測定するようになされており、こうして測定された差圧（検出結果）は図示されないコンピュータ等の演算制御手段に入力されてリターン管４内における流動媒体Ｍの充填層（移動層）の高さに換算可能とされている。すなわち、この充填層高さが下側の検出気体供給手段２５ｂの供給管２８ｂの位置よりもさらに下方にあれば差圧は発生せず、充填層高さがこの供給管２８ｂに達したところで差圧が発生して、供給管２８ｂと供給管２８ａとの間では充填層高さが高くなるに従い差圧も漸次大きくなってゆくので、この差圧と充填層高さとの関係を上記演算制御手段に予め入力しておけば、上記圧力検出手段（差圧計）２７による検出結果からリターン管４内の流動媒体Ｍの充填高さを検出することが可能となる。また、流動層１内の圧力を大気圧に近い圧力で運転するときは、一方の検出気体供給手段２６（例えば、検出気体供給手段２６ａ）を省略し、他方の検出気体供給手段２６（例えば検出気体供給手段２６ｂ）から供給される検出気体Ｆの供給圧と大気圧との差圧を測定してリターン管４内の流動媒体Ｍの充填高さを検出するようにしてもよい。
【００２３】
一方、本実施形態では上記リターン管流動ガス供給手段２４も複数（本実施形態では２つ）の供給手段２４ａ，２４ｂを備えた構成とされている。これらのリターン管流動ガス供給手段２４ａ，２４ｂは、上記リターン管内充填高さ検出手段２３の検出気体供給手段２６よりもさらに下方において、下側の検出気体供給手段２６ｂの供給管２８ｂと上記接続部９との間に、やはりそれぞれ水平かつ上記中心線Ｎ方向に互いにずらされてリターン管４に挿通されるノズル２９ａ，２９ｂを備えており、これらのノズル２９ａ，２９ｂには図示されない供給源から上記リターン管流動ガスＥが流量計３０ａ，３０ｂおよび制御弁３１ａ，３１ｂを介して供給されてリターン管４内に噴出可能とされている。そして、上記制御弁３０ａ，３０ｂは、上記リターン管内充填高さ検出手段２３の圧力検出手段（差圧計）２７に接続された上記演算制御手段により、このリターン管内充填高さ検出手段２３によって検出されたリターン管４内の流動媒体Ｍの充填高さの検出結果に基づいてその開度が制御されるようになされている。なお、このリターン管流動ガス供給手段２４（２４ａ，２４ｂ）から供給されるリターン管流動ガスＥについても、上記流動ガスＡや圧縮空気でもよいが、酸素含有量の少ない燃焼排ガスや水蒸気、窒素等が好適である。
【００２４】
このように構成された循環式流動層炉により処理物Ｄを焼却処理する場合の本発明の循環流動層炉の運転方法の一実施形態においては、上記供給管１５から流動層１に供給された上述のように下水汚泥やゴミ等の廃棄物より成る処理物Ｄは、供給管８から分散管７…および吹き込みノズル１０…を介して流動層１内に供給される流動ガスＡにより流動媒体Ｍとともに流動させられて細かく破砕される一方、必要に応じてガスガン１１や助燃バーナー１３から供給される燃料とともに供給管１２…から供給される燃焼空気Ｂによって燃焼させられ、乾燥、昇温されて水素、メタン、一酸化炭素、アンモニア等の可燃性ガスと炭素を主成分とするチャーとに熱分解される。ここで、流動層１内において流動媒体Ｍは、流動層１と上記リターン管４との接続部９における空間率が０．５〜０．８の範囲、より望ましくは０．６〜０．７の範囲となるように流動させられる。言い換えれば、上記接続部９の位置は、流動層１の空間率がこのような範囲となる位置に設定される。
【００２５】
次いで、こうして熱分解された可燃性ガスおよびチャーは、流動媒体Ｍの一部を伴って上記流動ガスＡや燃焼空気Ｂおよび燃焼によって生じた燃焼ガスとともに上記排ガスＧとして流動層１の上端開口部から排出されて上記導管２からホットサイクロン３に導入されるとともに、可燃性ガスのうち燃焼速度の速い水素やメタン等は、この流動層１からホットサイクロン３に至る間やホットサイクロン３内において、ともに供給された流動ガス（空気）Ａや燃焼空気Ｂ中の酸素によって燃焼させられる。さらに、こうしてホットサイクロン３に導入された排ガスＧは固気分離され、気体分すなわち排ガスＧは上記排気管２０から排出されて適宜排ガス処理がなされる一方、固形分Ｓすなわち排ガスＧから分離されたチャーおよび流動媒体Ｍはホットサイクロン２の下端からリターン管４を通って上記接続部９を介し流動層１の底部に返送され、流動媒体Ｍは再び流動させられて処理物Ｄの破砕等に供されるとともに、チャーはより細かく破砕されて燃焼させられる。
【００２６】
しかして、上記構成の循環流動層炉では、このリターン管４にリターン管内充填高さ制御手段２２が備えられていて、本実施形態の運転方法では、このリターン管内充填高さ制御手段２２によりリターン管４内の流動媒体Ｍの充填層高さを制御しながら、流動媒体Ｍがホットサイクロン３から該リターン管４を介して流動層１に循環させられる。すなわち、上記実施形態の循環流動層炉では、このリターン管内充填高さ制御手段２２が、リターン管４に充填された流動媒体Ｍの充填層高さを検出するリターン管内充填高さ検出手段２３と、このリターン管内充填高さ検出手段２３による検出結果に基づいてリターン管４内にリターン管流動ガスＥを供給するリターン管流動ガス供給手段２４（２４ａ，２４ｂ）とから構成されていて、こうして検出手段２３による検出結果に基づき供給手段２４からリターン管流動ガスＥをリターン管４内に供給することにより、リターン管４内充填される流動媒体Ｍを、弱い流動状態とすることができる。なお、このリターン管流動ガス供給手段２４から供給されるリターン管流動ガスＥは、該リターン管４内における空塔速度がリターン管４内の粒子の最小流動化速度の０．５〜５倍の範囲となるように供給されるのが望ましい。
【００２７】
しかるに、こうして流動状態とされたリターン管４内の流動媒体Ｍは流体（液体）のような挙動を示し、該リターン管４が流動層１と接続部９を介して連通していることにより、この流動層１内で流動する流動媒体Ｍの圧力とリターン管４内で充填層を形成する流動媒体Ｍの圧力とが略等しくなるようにされ、これに伴いリターン管４内と流動層１内とで流動媒体Ｍの見かけ上の高さも略等しくなるので、例えば流動層１内の流動媒体Ｍの量を一定となるように管理するなどしてその高さを制御することにより、リターン管４内の流動媒体Ｍの充填層も所定の高さに制御することができる。従って、このリターン管４内の充填層高さを、流動層１内の流動ガスＡがリターン管４を通してホットサイクロン３に吹き抜けない程度の高さで極力低めに制御することにより、このホットサイクロン３における集塵効率の低下を防ぎつつ、充填層で流動媒体Ｍが流動状態となることとも相俟って、該充填層における流動媒体Ｍの滞留時間を短く抑えるとともに粉体圧を軽減することができるので、上記構成の循環流動層炉およびその運転方法によれば、たとえ処理物Ｄ中に含まれる物質に起因する低融点化合物によって流動媒体Ｍの表面がコーティングされた状態となっても、かかる流動媒体Ｍがリターン管４内で固着を生じて該リターン管４が閉塞されるような事態が生じるのを、未然に防止することが可能となる。
【００２８】
また、本実施形態の循環流動層炉においては、上記リターン管内充填高さ制御手段２２におけるリターン管内充填高さ検出手段２３が、リターン管４内に流量計２５を介して一定量の検出気体Ｆを供給する検出気体供給手段２６と、この検出気体Ｆの圧力を測定する圧力測定手段２７とを備えたものであり、特に上記検出気体供給手段２６がリターン管４の延びる方向に沿って少なくとも２カ所で検出気体Ｆを供給する複数の検出気体供給手段２６ａ，２６ｂを備えるとともに、圧力測定手段２７がこれらの検出気体供給手段２６ａ，２６ｂの検出気体Ｆの差圧を測定する差圧計とされているので、リターン管４内における流動媒体Ｍの充填層高さをより正確に測定して検出することができ、その検出結果に基づいてリターン管流動ガス供給手段２４を制御してリターン管流動ガスＥを供給することにより、リターン管４内における流動媒体Ｍの充填層高さを確実に制御することが可能となる。
【００２９】
一方、本実施形態では、このリターン管流動ガス供給手段２４も、リターン管４の延びる方向（中心線Ｎ方向）に沿って複数箇所に設けられたノズル２９ａ，２９ｂから流量計３０ａ，３０ｂおよび制御弁３１ａ，３１ｂを介してリターン管流動ガスＥを供給する複数のリターン管流動ガス供給手段２４ａ，２４ｂを備えており、例えば検出されたリターン管４内の流動媒体Ｍの充填層高さに応じてこれらリターン管流動ガス供給手段２４ａ，２４ｂの制御弁３１ａ，３１ｂを異なる開度に制御したりするなどして、一層確実な充填層高さの制御を図ることが可能である。ただし、これら検出気体供給手段２６やリターン管流動ガス供給手段２４は単一であってもよく、また場合によってはリターン管内充填高さ制御手段２２に検出気体供給手段２６のようなリターン管内充填高さ検出手段２３を備えずに、例えば常に一定量のリターン管流動ガスＥをリターン管流動ガス供給手段２４からリターン管４内に供給したりして、該リターン管４内の流動媒体Ｍの充填層高さを制御するようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施形態ではこのようにリターン管流動ガス供給手段２４（２４ａ，２４ｂ）が、リターン管４に挿通されたノズル２９ａ，２９ｂからリターン管流動ガスＥを供給する構成とされているが、例えばこれを図４に示すリターン管流動ガス供給手段２４ｃのようにリターン管４の内周に多孔板３２を設けて、流量計３０ｃおよび制御弁３１ｃを介して供給されたリターン管流動ガスＥを、この多孔板３２からリターン管４内に噴出させるようにしてもよい。ここで、この多孔板３２は、図示を略したリターン管内充填高さ検出手段２３の検出気体供給手段２６における供給管２８ａ，２８ｂ等よりも上記中心線Ｎ方向下方に配置され、リターン管４の内周面に面一とされた内面を有する板状材に多数の貫通孔が穿設されたものであって、その外周側のリターン管４周壁部は空洞状の加圧室３３とされ、この加圧室３３に供給された上記リターン管流動ガスＥが上記貫通孔からリターン管４内に噴出される。
【００３１】
従って、このようなリターン管流動ガス供給手段２４ｃによれば、例えば上記リターン管流動ガス供給手段２４ａ，２４ｂのようにノズル２９ａ，２９ｂによってリターン管流動ガスＥを供給する場合に比べ、より広い範囲からリターン管流動ガスＥを噴出させることができるので、少ないリターン管流動ガスＥでも安定した流動媒体Ｍの流動化を図ることができ、特にホットサイクロン３への流動ガスの吹き抜けによる集塵効率の劣化を防ぐには好適である。なお、上記多孔板３２の材質としては、例えば焼結金属材等の金属製のものであってもよいが、本実施形態のように処理物Ｄの焼却処理に用いられる循環流動層炉にあっては、耐熱性の高いセラミック製であることが望ましい。また、特に上述のような低融点化合物によるリターン管４への流動媒体Ｍの固着等を考慮すると、多孔板３２はセラミックの中でも熱伝導率の高い炭化珪素製であるのがより望ましく、すなわちこのように多孔板３２の熱伝導率が高いと、この多孔板３２がリターン管流動ガスＥによって効率的に冷却されるので、低融点化合物による多孔板３２への溶着を防ぐことが可能となる。
【００３２】
さらに、本実施形態の循環流動層炉の運転方法では、該循環流動層炉の流動層１とリターン管４との接続部９の近傍における流動層１内の空間率が０．５〜０．８の範囲となるように流動媒体Ｍを流動させており、言い換えれば上述のようにこの空間率が０．５〜０．８の範囲となる位置に流動層１へのリターン管４の接続部９を設定しているが、これは、この接続部９における空間率が０．５を下回るほど小さく、すなわち接続部９近傍において流動媒体Ｍがより充密した状態であると、リターン管４内の流動媒体Ｍを確実に流動状態としてその充填高さを制御することが困難となるおそれがあるからである。その一方で、この接続部９における空間率が０．８を上回るほど大きく、すなわち流動媒体Ｍが少ないと、リターン管４内においても流動媒体Ｍが少なくなって充填層が形成されなくなり、流動層１からリターン管４を介してホットサイクロン３に吹き抜けが生じて集塵効率を損なうおそれがある。このため、上記接続部９近傍における流動層１内の空間率は、本実施形態のように０．５〜０．８の範囲とされるのが望ましく、より望ましくは０．６〜０．７の範囲とされる。
【００３３】
さらにまた、本実施形態の運転方法では、上記リターン管流動ガス供給手段２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）から供給されるリターン管流動ガスＥにより、リターン管４内における空塔速度が該リターン管４内の粒子の最小流動化速度の０．５〜５倍の範囲となるようにされているが、これについても上記と同様に、このリターン管４内における空塔速度が最小流動化速度の０．５倍を下回るほど小さいとリターン管４内の流動媒体Ｍを確実に流動状態とすることができなくなるおそれがあり、逆に５倍を上回るほど大きいとホットサイクロン３に流動ガスＥの吹き抜けを生じるおそれがあるからである。
【００３４】
ここで、図５は、図１ないし図３に示した循環流動層炉（ただし、流動層１の内径１８００ｍｍ、直胴部高さ１００００ｍｍ、リターン管４の内径３６０ｍｍ）において、流動媒体Ｍとして６号硅砂を７ｔｏｎ張り込んで４．５〜４．８ｍ／ｓの流動層１内空塔速度で運転した際の、リターン管４内における空塔速度と粒子の最小流動化速度の比と該リターン管４内における流動媒体Ｍの充填高さとの関係を示したものであるが、この図５に示すように空塔速度が０から大きくなるのに従って最小流動化速度との比も大きくなるほど充填高さは小さくなり、この比が０．５を上回ったところで充填高さは４ｍを下回ってリターン管４内の流動媒体Ｍが十分な流動状態となっていることが確認され、さらにこの比が略１．０以上となると充填高さは約２ｍ程度で安定して制御されていることが確認された。ただし、この空塔速度と最小流動化速度との比が５．０を上回ると、ホットサイクロン３への流動ガスＥの吹き抜けが生じて該ホットサイクロン３における集塵効率の低下が顕著となってしまった。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の循環流動層炉およびその運転方法によれば、リターン管内充填高さ制御手段によってリターン管における流動媒体の充填高さを制御することにより、リターン管を介して流動ガスがホットサイクロンに吹き抜けて集塵効率の低下を招くような事態を防ぎつつ、このリターン管内において流動媒体の固着現象等により閉塞が生じたりするのを未然に予防することができて、このような固着を生じ易い物質を含む処理物を処理する場合でも確実に流動媒体を循環させて安定した処理を図ることが可能となる。また、特にこの充填高さ制御手段として充填高さ検出手段とリターン管流動ガス供給手段とを備え、この検出手段による検出結果に基づいて流動ガスをリターン管に供給することにより、一層確実なリターン管の閉塞予防を促すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の循環流動層炉の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１におけるＷＷ断面図である。
【図３】図１におけるＸＸ断面図である。
【図４】図１に示す実施形態のリターン管流動ガス供給手段２４の変形例を示す断面図である。
【図５】リターン管４における空塔速度と粒子の最小流動化速度との比と充填高さとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  流動層
２  導管
３  ホットサイクロン
４  リターン管
９  流動層１とリターン管４との接合部
２２  リターン管内充填高さ制御手段
２３  リターン管内充填高さ検出手段
２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）  リターン管流動ガス供給手段
２５（２５ａ，２５ｂ），３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  流量計
２６（２６ａ，２６ｂ）  検出気体供給手段
２７  圧力測定手段（差圧計）
２９ａ，２９ｂ  ノズル
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  制御弁
３２  多孔板
Ｍ  流動媒体
Ｅ  リターン管流動ガス
Ｆ  検出気体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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